使用一阶线性方程预测波士顿房价

载入的数据是随sklearn一起发布的，来自boston 1993年之前收集的506个房屋的数据和价格。load_boston()用于载入数据。

from sklearn.datasets import load_bostonfrom sklearn.model_selection import train_test_splitimport timefrom sklearn.linear_model import LinearRegressionboston = load_boston()X = boston.datay = boston.targetprint("X.shape:{}. y.shape:{}".format(X.shape, y.shape))print('boston.feature_name:{}'.format(boston.feature_names))X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=3)model = LinearRegression()start = time.clock()model.fit(X_train, y_train)train_score = model.score(X_train, y_train)cv_score = model.score(X_test, y_test)print('time used:{0:.6f}; train_score:{1:.6f}, sv_score:{2:.6f}'.format((time.clock()-start), train_score, cv_score))

输出内容为：

X.shape:(506, 13). y.shape:(506,)boston.feature_name:['CRIM' 'ZN' 'INDUS' 'CHAS' 'NOX' 'RM' 'AGE' 'DIS' 'RAD' 'TAX' 'PTRATIO' 'B' 'LSTAT']time used:0.012403; train_score:0.723941, sv_score:0.794958

可以看到测试集上准确率并不高，应该是欠拟合。

使用多项式做线性回归

上面的例子是欠拟合的，说明模型太简单，无法拟合数据的情况。现在增加模型复杂度，引入多项式。

打个比方，如果原来的特征是[a, b]两个特征，

在degree为2的情况下， 多项式特征变为[1, a, b, a^2, ab, b^2]。degree为其它值的情况依次类推。

多项式特征相当于增加了数据和模型的复杂性，能够更好的拟合。

下面的代码使用Pipeline把多项式特征和线性回归特征连起来，最终测试degree在1、2、3的情况下的得分。

from sklearn.datasets import load_bostonfrom sklearn.model_selection import train_test_splitimport timefrom sklearn.linear_model import LinearRegressionfrom sklearn.preprocessing import PolynomialFeaturesfrom sklearn.pipeline import Pipelinedef polynomial_model(degree=1): polynomial_features = PolynomialFeatures(degree=degree, include_bias=False) linear_regression = LinearRegression(normalize=True) pipeline = Pipeline([('polynomial_features', polynomial_features), ('linear_regression', linear_regression)]) return pipelineboston = load_boston()X = boston.datay = boston.targetprint("X.shape:{}. y.shape:{}".format(X.shape, y.shape))print('boston.feature_name:{}'.format(boston.feature_names))X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2, random_state=3)for i in range(1,4): print( 'degree:{}'.format( i ) ) model = polynomial_model(degree=i) start = time.clock() model.fit(X_train, y_train) train_score = model.score(X_train, y_train) cv_score = model.score(X_test, y_test) print('time used:{0:.6f}; train_score:{1:.6f}, sv_score:{2:.6f}'.format((time.clock()-start), train_score, cv_score))

输出结果为：

X.shape:(506, 13). y.shape:(506,)boston.feature_name:['CRIM' 'ZN' 'INDUS' 'CHAS' 'NOX' 'RM' 'AGE' 'DIS' 'RAD' 'TAX' 'PTRATIO' 'B' 'LSTAT']degree:1time used:0.003576; train_score:0.723941, sv_score:0.794958degree:2time used:0.030123; train_score:0.930547, sv_score:0.860465degree:3time used:0.137346; train_score:1.000000, sv_score:-104.429619

可以看到degree为1和上面不使用多项式是一样的。degree为3在训练集上的得分为1，在测试集上得分是负数，明显过拟合了。

所以最终应该选择degree为2的模型。

二阶多项式比一阶多项式好的多，但是测试集和训练集上的得分仍有不少差距，这可能是数据不够的原因，需要更多的讯据才能进一步提高模型的准确度。

正规方程解法和梯度下降的比较

除了梯度下降法来逼近最优解，也可以使用正规的方程解法直接计算出最终的解来。

根据吴恩达的课程，线性回归最优解为：

theta = (X^T * X)^-1 * X^T * y

其实两种方法各有优缺点：

梯度下降法：

缺点：需要选择学习率，需要多次迭代

优点：特征值很多（1万以上）时仍然能以不错的速度工作

正规方程解法：

优点：不需要设置学习率，不需要多次迭代

缺点：需要计算X的转置和逆，复杂度O3；特征值很多（1万以上）时特变慢

在分类等非线性计算中，正规方程解法并不适用，所以梯度下降法适用范围更广。

以上这篇sklearn+python:线性回归案例就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持。